長循環(huán)壽命閥控式固定型鉛蓄電池的優(yōu)勢及結(jié)構(gòu)特征

1 概述

目前作為電池的電力儲備系統(tǒng)主要以鉛蓄電池為主，也有比如鈉硫電池、氧化還原電池、鋰離子電池等系統(tǒng)，但是對于壽命性能、成本、設(shè)置空間等均存在著有待于進(jìn)一步研發(fā)的各種課題。閥控式鉛酸蓄電池有價(jià)格低、使用簡單、可靠性好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，但作為實(shí)用化電力儲能用長壽命的電池還有待再開發(fā)。另外，近年來，太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等與蓄電池組合的使用項(xiàng)目倍受關(guān)注，因此說，對長循環(huán)壽命閥控式固定型鉛蓄電池的需求量將有所增長。

公司現(xiàn)有循環(huán)壽命3000次的電池(LL系列)，這種電池有待于進(jìn)一步改良后作為儲能系統(tǒng)使用。電力儲備用閥控式鉛蓄電池長壽命化的開發(fā)已通過2001年～2003年度的獨(dú)立行政法人新能源、產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)、產(chǎn)業(yè)技術(shù)實(shí)用化開發(fā)費(fèi)用贊助事業(yè)的批準(zhǔn)，開發(fā)研制循環(huán)壽命4500次的電池。以下報(bào)告為開發(fā)的具體內(nèi)容。

2 開發(fā)目標(biāo)

開發(fā)目標(biāo)如下：

(1)2V/1000Ah，2V/1500 Ah的大容量單體電池;

(2)循環(huán)壽命4500次(25℃環(huán)境、70%放電量);

(3)電池充放電效率87%。

3 電池的長壽命化

閥控式固定型鉛酸蓄電池的結(jié)構(gòu)示于圖1。電池槽內(nèi)插有正極板、負(fù)極板、玻璃纖維限液式隔板構(gòu)成的極群、稀硫酸電解液及保持多孔體的活性物質(zhì)。

固定型鉛酸蓄電池的主要用途是應(yīng)急電源和UPS等備用電源，但與這一產(chǎn)品相比原有的LL型號電池(3000次循環(huán))，在正極活性物質(zhì)高密度化、負(fù)極添加劑方面有相應(yīng)的改良，采用了適用于臥式結(jié)構(gòu)和臥式使用的限液式隔板，使充電條件達(dá)到了最佳化等，提高了循環(huán)壽命性能。3000次循環(huán)壽命電池的壽命試驗(yàn)結(jié)果示于圖2。到達(dá)壽命終止電池的解剖研討結(jié)果列于表1。

循環(huán)壽命試驗(yàn)中達(dá)到3000次的電池解剖的結(jié)果顯示影響壽命的主要原因是正板柵腐蝕、變形、正極活性物質(zhì)成泥狀化、負(fù)極板的硫酸鹽化。為了提高循環(huán)壽命性能，以上述列出影響壽命性能的項(xiàng)目為重點(diǎn)進(jìn)行改良。3.1 正極板

為提高正板柵的耐久性能，必須抑制板柵腐蝕和使腐蝕變形減小，板柵合金的選擇不僅是減少腐蝕，還應(yīng)使腐蝕均一、變形減小，選擇Ca、Sn添加量最佳的配比Pb-Ca-Sn合金。為減少正板柵的腐蝕變形，實(shí)施板柵腐蝕變形的模擬試驗(yàn)后，再決定板柵的設(shè)計(jì)方案。

實(shí)際板柵腐蝕變形多半表現(xiàn)在表層的膨脹，因此為了做接近實(shí)況的模擬試驗(yàn)，從外部為板柵加熱，由熱量傳導(dǎo)到板柵內(nèi)部的情況構(gòu)成板柵中的溫度分布，將板柵溫度上升導(dǎo)致的膨脹量，看作是鉛腐蝕的膨脹量，再進(jìn)行腐蝕變形模擬試驗(yàn)。解剖時(shí)的板柵溫度分布示于圖3。對板柵截面狀況、粗筋和細(xì)筋條的變化進(jìn)行模擬試驗(yàn)，其結(jié)果示于圖4。通過試驗(yàn)得知板柵重量的增加限定在最小，并且與傳統(tǒng)板柵相比，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使板柵的腐蝕變形減小。

傳統(tǒng)3000次循環(huán)的電池與新品電池循環(huán)壽命試驗(yàn)及板柵腐蝕量進(jìn)行了對比，其結(jié)果示于圖5。新品電池板柵的腐蝕量約是傳統(tǒng)電池的65%，板柵的期待壽命是傳統(tǒng)電池的1.5倍以上，循環(huán)壽命性能實(shí)現(xiàn)了4500次。因充電導(dǎo)致的體積變化等，使正極活性物質(zhì)間的結(jié)合力減弱，導(dǎo)電性網(wǎng)格被破壞(活性物質(zhì)軟化、泥狀化)，這些通過提高活性物質(zhì)密度，促使活性物質(zhì)粒子間的結(jié)合點(diǎn)增強(qiáng)，有效地提高活性物質(zhì)的牢固性。